Se hai mai avuto a che fare con sistemi di trasferimento di fluidi, sia che tu stia producendo adesivi, lavorando con rivestimenti o maneggiando prodotti chimici industriali, probabilmente hai sentito il termine "cavitazione" in giro, e se ti è mai capitato che una pompa a rotore smettesse di funzionare inaspettatamente, o notassi strani rumori, flusso ridotto o addirittura danni alle parti della pompa, la cavitazione è quasi sempre il colpevole. Analizziamolo in termini semplici, senza gergo ingegneristico soffocante che vi fa velare gli occhi, soprattutto perché siamo ragazzi delle pompe a rotore (forniamo queste pompe da anni, quindi abbiamo visto la cavitazione uccidere troppi cicli e sprecare troppo prodotto).
Innanzitutto, cosaÈcavitazione, esattamente? In parole povere, si verifica quando la bassa pressione in un fluido scende al di sotto della pressione di vapore di quel fluido, quindi si formano minuscole bolle (chiamate cavità di vapore o vuoti) nel liquido. Quindi, quando le bolle vengono trasportate in una parte della pompa a pressione più elevata, collassanosuperveloce... tipo, microsecondo veloce. Questo collasso invia onde d'urto attraverso il fluido e le parti della pompa e, nel tempo, vaiolature, rumore e danni agli interni della pompa. Nello specifico per le pompe a rotore, questo è un grosso problema perché fanno affidamento su spazi stretti tra le parti rotanti (come ingranaggi, rotori o lobi) per spostare il fluido, quindi la cavitazione può rovinare questi spazi più velocemente di qualsiasi altra cosa.
Aspetta, analizziamo come funziona effettivamente una pompa a rotore, perché non puoi capire la cavitazione senza conoscere le basi del funzionamento della tua pompa. Una pompa a rotore (ne vendiamo un sacco, a proposito, dai un'occhiata al nostropompa a ingranaggi con rotore ad alta precisioneper tutti i comuni usi industriali) utilizza uno o più elementi rotanti (come due ingranaggi ingranati in una pompa a ingranaggi, o un singolo rotore con lobi) per creare una zona di bassa pressione sul lato di ingresso della pompa. La bassa pressione attira il fluido nella camera di aspirazione della pompa, quindi le parti rotanti trasportano il fluido attorno all'alloggiamento fino al lato di uscita, dove la pressione è più elevata, quindi il fluido viene espulso verso la linea di processo.
Quindi la pressione in ingresso è fondamentale qui. Se la pressione in ingresso è troppo bassa, o se la portata della pompa è superiore alla quantità di fluido che può raggiungere l'ingresso abbastanza velocemente, si verifica una bassa pressione che provoca la cavitazione. Facciamo un esempio molto riconoscibile: se provi a bere un frappè con una cannuccia super sottile troppo velocemente, tiri così forte che si forma un vuoto e la cannuccia si schiaccia un po', oppure risucchi aria, giusto? È la stessa idea per una pompa a rotore: se la linea di aspirazione è troppo piccola, o ha una piega, o c'è una perdita d'aria nell'ingresso, o il fluido è troppo viscoso (denso, come colla o sciroppo), la pompa non può aspirare abbastanza fluido nell'ingresso, quindi la pressione diminuisce e si formano quelle bolle.
Ora, perché la cavitazione è così dannosa?specificamenteper pompe a rotore e non, ad esempio, per una pompa centrifuga? Poiché le pompe centrifughe spingono il fluido con una girante che gira e lancia il fluido verso l'esterno, quindi hanno dinamiche di pressione diverse, ma le pompe a rotore funzionano a distanze più strette (come, millesimi di pollice stretti, per evitare che il fluido fuoriesca). Quando le bolle di cavitazione collassano proprio in corrispondenza di spazi ristretti, l'onda d'urto non si limita a danneggiare il fluido, ma è come se piccoli colpi di martello colpissero ripetutamente i denti degli ingranaggi o i lobi del rotore. Inizierai a vedere vaiolature (piccole ammaccature simili a crateri) sulle parti metalliche, il che rende questi spazi ancora più grandi, quindi la pompa perde flusso e pressione. Alla fine, la pompa potrebbe bloccarsi o potrebbero formarsi residui di metallo nel fluido, che rovinano qualunque cosa tu stia preparando (abbiamo visto ciò accadere con il nostroPompa universale per colla poliuretanica monocomponente—l'adesivo viene contaminato dal metallo, il che comporta l'arresto totale della produzione).
Inoltre, la cavitazione crea un sintomo estremamente evidente: il rumore. Se la tua pompa a rotore funziona rumorosamente, molto più forte del normale ronzio basso, sta quasi sicuramente cavitando. Alcune persone pensano che il forte rumore sia semplicemente dovuto al duro lavoro della pompa, ma in realtà sono le bolle che collassano, ovvero quel rumore acuto e crepitante che senti. Un altro segno è la portata ridotta: se la tua pompa spostava 10 galloni al minuto e ora ne muove solo 7, anche se non hai modificato le impostazioni del processo, la cavitazione sta erodendo la capacità della pompa di spostare il fluido. E se apri la pompa più tardi, vedrai quegli ingranaggi o rotori bucherellati, il che è un chiaro indizio.
Cosa causa nello specifico la cavitazione nelle pompe a rotore? Elenchiamo quelli comuni che vediamo ogni giorno come fornitori, in modo che tu possa individuarli prima che rovinino il tuo processo. Innanzitutto, NPSH (prevalenza di aspirazione positiva netta) insufficiente. L'NPSH è fondamentalmente la quantità di pressione all'ingresso della pompa superiore alla pressione di vapore del fluido. Se l’NPSH è troppo basso si verifica la cavitazione. Ad esempio, se stai montando la pompa sopra il serbatoio del fluido (altezza di aspirazione), ciò crea una pressione negativa all'ingresso, quindi se il serbatoio è sotto la pompa, è meglio, perché la gravità spinge il fluido nell'ingresso, aumentando l'NPSH. In secondo luogo, elevata viscosità del fluido. I fluidi densi (come il vetro dell'acqua calda o gli adesivi pesanti) non scorrono facilmente, quindi non riescono a raggiungere l'ingresso abbastanza velocemente da tenere il passo con la richiesta della pompa. In realtà abbiamo avuto clienti che sono venuti da noi perché loroPompa dosatrice ad ingranaggi universale di alta qualità per bicchiere d'acquastava cavitando e si è scoperto che lo stavano facendo funzionare a una portata troppo elevata per la viscosità del bicchiere d'acqua: dovevano solo rallentare un po' la pompa o passare a una linea di ingresso più grande. Terzo, perdite d'aria nella linea di aspirazione. Se c'è un piccolo foro nel tubo di aspirazione, l'aria viene aspirata, creando bassa pressione e bolle di vapore. Quarto, far funzionare la pompa a una velocità troppo elevata. Le pompe a rotore sono dimensionate per una determinata portata a un determinato numero di giri: se la fai girare più velocemente, richiede più fluido, quindi l'ingresso non può tenere il passo. Quinto: linee di aspirazione o filtri intasati. Se l'ingresso è bloccato, il fluido non può entrare, quindi la pressione diminuisce.
Aspetta, parliamo di cosanocausare cavitazione, giusto per chiarire la confusione. Di solito non è la pressione di uscita, a meno che l'uscita non sia completamente bloccata, il che è un problema diverso (si tratta di deadhead della pompa, che è un male, ma non di cavitazione). La cavitazione è quasi sempre un problema sul lato ingresso, perché è lì che si trova la bassa pressione. Questo è un errore comune commesso dai nuovi operatori: controllano la pressione di uscita quando la pompa cavita, ma la correzione è quasi sempre sul lato di aspirazione.
Ora, la buona notizia: la cavitazione è risolvibile ed esistono modi per prevenirla nelle pompe a rotore. Esaminiamo le soluzioni che consigliamo ai nostri clienti, poiché lavoriamo con tutti i tipi di industrie che utilizzano pompe a rotore. Innanzitutto, ottimizza l'NPSH. Ciò significa montare la pompa sotto il serbatoio del fluido (usando la gravità per aiutare ad alimentare l'ingresso), utilizzare una linea di aspirazione più grande per ridurre la resistenza al flusso e assicurarsi che il filtro sull'ingresso non sia troppo piccolo o intasato. In secondo luogo, abbina la pompa alla viscosità del fluido. Se lavori con un fluido denso come un bicchiere d'acqua o un adesivo ad alta viscosità, non utilizzare una pompa adatta per fluidi sottili: produciamo pompe per diverse viscosità, inclusa la nostra pompa dosatrice a ingranaggi in acciaio strutturale al carbonio di alta qualità per resina furanica, costruita per gestire fluidi più densi e abrasivi senza cavitazione. Terzo, regola la velocità della pompa. Se stai cavitando a un certo numero di giri, rallentalo: al giorno d'oggi la maggior parte delle pompe a rotore hanno una velocità variabile, quindi è una soluzione semplice. In quarto luogo, spurgare l'aria dalla linea di aspirazione o dalla pompa stessa. Alcune pompe sono dotate di una valvola di sfiato per far fuoriuscire l'aria intrappolata, che risolve le perdite d'aria che causano bassa pressione. In quinto luogo, scegli il tipo di pompa giusto. Per le applicazioni a basso flusso, la nostra mini pompa dosatrice a ingranaggi esterna è perfetta, perché è dimensionata per portate inferiori, quindi non richiede tanto fluido dall'ingresso, riducendo il rischio di cavitazione.
Abbiamo avuto così tanti clienti frustrati perché la loro pompa a rotore cavitava e, dopo un rapido controllo della linea di ingresso, la regolazione del numero di giri o la scelta della pompa giusta per il fluido, il problema è scomparso. Ad esempio, il mese scorso, un cliente del settore degli adesivi aveva problemi con il proprioPompa universale per colla poliuretanica monocomponentecavitazione durante cicli di produzione elevati. Stavano facendo funzionare la pompa alla massima velocità con una linea di aspirazione da 1 pollice e la colla era piuttosto viscosa. Abbiamo suggerito di passare a una linea di aspirazione da 1,25 pollici e di rallentare la pompa del 20%, e ci hanno detto che il flusso è tornato alla normalità, senza più rumore e senza vaiolature sugli ingranaggi. Questo è il genere di cose che vediamo continuamente: la cavitazione è risolvibile, devi solo conoscerne la causa principale.
Sfatiamo anche un mito: alcuni pensano che la cavitazione sia un problema solo per le pompe ad alta pressione, ma non è vero. Anche le pompe con rotore a bassa pressione possono cavitare se l'ingresso non è impostato correttamente. Ad esempio, se stai pompando acqua da un serbatoio che si trova 10 piedi sotto la pompa, è un buon NPSH, ma se hai una piega nella linea di aspirazione che aggiunge resistenza, ciò abbassa l'NPSH effettivo, portando alla cavitazione, anche se la pressione di uscita è di soli 50 PSI.
Un'altra cosa da notare: la cavitazione non danneggia solo la pompa, ma danneggia anche il prodotto. Se le bolle collassano nel fluido, possono causare formazione di schiuma, flusso irregolare o addirittura rompere materiali sensibili, soprattutto per applicazioni di dosaggio in cui sono importanti le portate esatte (come nelle industrie chimiche o alimentari). Se si dosa adesivo, ad esempio, la cavitazione può portare a dimensioni del cordone incoerenti, che rovinano il prodotto finito. Ecco perché è importante scegliere una pompa con rotore ad alta precisione: la nostra pompa a ingranaggi con rotore ad alta precisione è progettata per ridurre al minimo le fluttuazioni di pressione all'ingresso, quindi è molto meno probabile che caviti, anche con fluidi difficili.
Quindi, per concludere, la cavitazione nelle pompe a rotore è il risultato di una bassa pressione in ingresso che provoca bolle di vapore che collassano violentemente, danneggiando le parti della pompa, riducendo il flusso e rovinando il processo. È un problema comune, ma è totalmente prevenibile e risolvibile con la giusta configurazione, selezione della pompa e piccole modifiche al sistema.
Se hai a che fare con la cavitazione nella tua pompa a rotore, sia che tu stia pompando colla poliuretanica, bicchiere d'acqua, resina furanica o qualsiasi altro fluido, e desideri fermare il rumore, correggere il flusso e mantenere la pompa in funzione, siamo qui per aiutarti. Siamo specializzati nella fornitura di pompe a rotore di alta qualità per tutti i tipi di applicazioni industriali e possiamo aiutarti a scegliere la pompa giusta, regolare il tuo sistema o risolvere eventuali problemi di cavitazione che riscontri. Contatta il nostro team per parlare delle tue esigenze e trovare la soluzione perfetta.
Riferimenti
- Manuale della pompa (4a edizione), Karassik, IJ, et al., McGraw-Hill, 2008
- Manuale sulla potenza fluida industriale, Esposito, AS, Delmar Cengage Learning, 2010
- Pompe centrifughe e rotative: principi e applicazioni, Garay, LN, CRC Press, 2006
- Atti del simposio internazionale degli utenti di pompe del 2021, Istituto idraulico, 2021
- Pressione del vapore del fluido e cavitazione, documento tecnico TP-15, American Gear Manufacturers Association, 2019
